Herzlich Willkommen zum Experimentalvortrag

Präsentation zum Thema: "Herzlich Willkommen zum Experimentalvortrag"—  Präsentation transkript:

1 Herzlich Willkommen zum Experimentalvortrag
Fette in der Schule langweilig oder spannender als ihr Ruf? Marburg, den 03. Juli 2013 Marcell Pausch

2 V1: Aufbau und Durchführung
2 1 2

3 V4: Aufbau und Durchführung

4 Einführung Eigenschaften Verseifung Raffination Untersuchung Biodiesel
Fette in der Schule Q2 Fette Bau, Eigenschaften, Reaktionen; Gewinnung und Verarbeitung Fetthärtung (Margarineherstellung) Untersuchung von Speisefett z.B. Iodzahl, Verseifungszahl, Gehalt an gesättigten und ungesättigten Fettsäuren Bedeutung für die Ernährung; Kosmetika Q4 großtechnische vom Raps zum Biodiesel Verfahren Auszug aus: Lehrplan Chemie (Hessen).

5 Was ist Fett? Lipide - gr. lipos = „Fett“
Einführung Eigenschaften Verseifung Raffination Untersuchung Biodiesel Was ist Fett? Lipide - gr. lipos = „Fett“ Lipide definieren sich nicht über ihre Struktur, sondern über ihre chemischen Eigenschaften. Sie sind lipophil und in unpolaren Lösungsmitteln gut löslich.

6 Einführung Eigenschaften Verseifung Raffination Untersuchung Biodiesel
Was ist ein Fett?

7 Was ist ein Fett? keine Estergruppe β-Carotin Vitamin A
Einführung Eigenschaften Verseifung Raffination Untersuchung Biodiesel Was ist ein Fett? Unverseifbare Lipide keine Estergruppe β-Carotin Vitamin A

8 Was ist ein Fett? Unverseifbare Lipide
Einführung Eigenschaften Verseifung Raffination Untersuchung Biodiesel Unverseifbare Lipide Was ist ein Fett?

9 Was ist Fett? Ester einer Fettsäure und eines Fettalkohols Wachs
Einführung Eigenschaften Verseifung Raffination Untersuchung Biodiesel Was ist Fett? Wachse Ester einer Fettsäure und eines Fettalkohols Fettsäure Fettalkohol Wachs

10 Was ist ein Fett? Unverseifbare Lipide Wachse
Einführung Eigenschaften Verseifung Raffination Untersuchung Biodiesel Unverseifbare Lipide Wachse Was ist ein Fett?

11 Glycerin und Fettsäuren
Einführung Eigenschaften Verseifung Raffination Untersuchung Biodiesel Was ist Fett? Triacylglycerid „Fette und fette Öle“ Triester von Glycerin und Fettsäuren Neutralfette

12 Was ist ein Fett? Unverseifbare Lipide Wachse Neutralfette
Einführung Eigenschaften Verseifung Raffination Untersuchung Biodiesel Unverseifbare Lipide Wachse Was ist ein Fett? Neutralfette

13 Was ist Fett? Phospholipide: - Eigelb - Zellmembranen komplexe Lipide
Einführung Eigenschaften Verseifung Raffination Untersuchung Biodiesel Was ist Fett? Phospholipide: - Eigelb - Zellmembranen Phospho- cholinrest Glycerin komplexe Lipide Fettsäuren

14 Was ist ein Fett? Unverseifbare Lipide Wachse Neutralfette
Einführung Eigenschaften Verseifung Raffination Untersuchung Biodiesel Unverseifbare Lipide Wachse Was ist ein Fett? Neutralfette komplexe Lipide

15 V1: Aufbau und Durchführung
Einführung Eigenschaften Verseifung Raffination Untersuchung Biodiesel V1: Aufbau und Durchführung 1 2 1 2

16 V1: Fettlöslichkeit von β-Carotin
Einführung Eigenschaften Verseifung Raffination Untersuchung Biodiesel V1: Fettlöslichkeit von β-Carotin 2 2 Speiseöl Karotten- wasser nach 15 sec nach 2 min nach 5 min

17 zwei Lipide  β-Carotin löst sich im Speiseöl
Einführung Eigenschaften Verseifung Raffination Untersuchung Biodiesel V1: Fettlöslichkeit von β-Carotin Auswertung Karottenwasser: β-Carotin Speiseöl: Triacylglycerid zwei Lipide  β-Carotin löst sich im Speiseöl

18 Begleitversuch: Wasser und Öl
Einführung Eigenschaften Verseifung Raffination Untersuchung Biodiesel Begleitversuch: Wasser und Öl 1 1 2 2 nach 10 sec in Ruhe einmal schütteln

19 Einführung Eigenschaften Verseifung Raffination Untersuchung Biodiesel
Das Öl auf der Suppe

20 V2: Aufbau und Durchführung
Einführung Eigenschaften Verseifung Raffination Untersuchung Biodiesel V2: Aufbau und Durchführung

21 V2: Lavalampe Beobachtung
Einführung Eigenschaften Verseifung Raffination Untersuchung Biodiesel V2: Lavalampe Beobachtung + Wasser + Spüli + NaCl

22 Grenzflächenspannung des Wassers
Einführung Eigenschaften Verseifung Raffination Untersuchung Biodiesel V2: Lavalampe Auswertung Färbung des Speiseöls Sudanrot Grenzflächenspannung des Wassers „übervoll gefülltes Glas“ Wasserläufer H-Brücken Spülmittel zerstört Grenzflächenspannung  Öle haben eine etwas geringere Dichte als Wasser

23 Demo 1: Aufbau und Durchführung
Einführung Eigenschaften Verseifung Raffination Untersuchung Biodiesel Demo 1: Aufbau und Durchführung Bromierung von Öl

24 Demo 1: Bromierung von Öl
Einführung Eigenschaften Verseifung Raffination Untersuchung Biodiesel Demo 1: Bromierung von Öl Olivenöl Zugabe von Bromwasser Sonnen- blumenöl Zugabe von Bromwasser

25 Demo 1: Bromierung von Öl
Einführung Eigenschaften Verseifung Raffination Untersuchung Biodiesel Demo 1: Bromierung von Öl Auswertung wässrige Phase ölige Phase gehärtetes Öl Elektrophile Addition

26 der Streichholzschachtel
Einführung Eigenschaften Verseifung Raffination Untersuchung Biodiesel Fette oder fette Öle Das Modell mit der Streichholzschachtel Fett Van-der-Waals- Wechselwirkungen Öl

27 Einführung Eigenschaften Verseifung Raffination Untersuchung Biodiesel
Fettsäuren Fettsäure Anzahl C-Atome Doppel- bindung Smp. [°C ] Butansäure 4 - 8 Myristinsäure 14 +54 Palmitinsäure 16 +63 Stearinsäure 18 +70 Elaidinsäure 1 (E) +45 Ölsäure 1 (Z) +13 Linolsäure 2 (Z) -5 Linolensäure 3 (Z) -11

28 Warum gibt es überhaupt Fette?
Einführung Eigenschaften Verseifung Raffination Untersuchung Biodiesel Warum gibt es überhaupt Fette? Aufgaben von Fetten: - Isolation (Wärme, mechanisch) langfristiger Energiespeicher (keine osmotische Wirkung) hohe Energiedichte Tab. 1: Brennwerte im Vergleich. Stoffklasse Brennwert [kJ/g] Fette ca. 39 Kohlenhydrate ca. 17 Eiweiß

29 V3: Aufbau und Durchführung
Einführung Eigenschaften Verseifung Raffination Untersuchung Biodiesel V3: Aufbau und Durchführung Fettbrand Öl erhitzen Brand löschen

30 Zwischenfazit Eigenschaften
Einführung Eigenschaften Verseifung Raffination Untersuchung Biodiesel V3: Fettexplosion Zwischenfazit Eigenschaften Löslichkeit gut in unpolaren Lösungsmitteln Dichte meist 0,93 – 0,95 g/cm3 (knapp unter der von Wasser) Smp. je kürzer und „gesättigter“, desto niedriger der Smp. Rauchpunkt Fette fangen ab einer bestimmten T an zu rauchen (Selbstentzündung) Beobachtung Auswertung ab einer bestimmten Temperatur fangen Fette an zu rauchen  kann zur Selbstentzündung führen Fettbrände ersticken! Wassertropfen Fettexplosion Einen Fettbrand mit Wasser löschen? …keine gute Idee! Pfanne mit heißem Öl

31 Demo 2: Aufbau und Durchführung
Einführung Eigenschaften Verseifung Raffination Untersuchung Biodiesel Demo 2: Aufbau und Durchführung Herstellung von Kernseife

32 Demo 2: Herstellung von Kernseife
Einführung Eigenschaften Verseifung Raffination Untersuchung Biodiesel Demo 2: Herstellung von Kernseife Fett und Öle Fettgemisch NaOH-Lösung Zutaten Seifenstücke nach 4 Wochen Fettgemisch & NaOH-Lösung nach 1 min Fettgemisch & NaOH-Lösung nach 45 min Seife in Form

33 Demo 2: Herstellung von Kernseife
Einführung Eigenschaften Verseifung Raffination Untersuchung Biodiesel Demo 2: Herstellung von Kernseife basische Esterhydrolyse R

34 Demo 2: Herstellung von Kernseife
Einführung Eigenschaften Verseifung Raffination Untersuchung Biodiesel Demo 2: Herstellung von Kernseife

35 Begleitversuch: Wasser und Öl
Einführung Eigenschaften Verseifung Raffination Untersuchung Biodiesel Begleitversuch: Wasser und Öl 1 2 3 3 nach 10 sec in Ruhe einmal schütteln + Seife

36 Wirkung von Seifen Tensid (amphiphil) hier: Natriumstearat hydrophil
Einführung Eigenschaften Verseifung Raffination Untersuchung Biodiesel Wirkung von Seifen Tensid (amphiphil) hier: Natriumstearat hydrophil lipophil Micellen freie Tenside Tenside

37 V4: Aufbau und Durchführung
Einführung Eigenschaften Verseifung Raffination Untersuchung Biodiesel V4: Aufbau und Durchführung Bleichung Filtration

38 Fette gewinnen tierische Fette pflanzliche Fette ausschmelzen
Einführung Eigenschaften Verseifung Raffination Untersuchung Biodiesel Fette gewinnen tierische Fette pflanzliche Fette ausschmelzen zentrifugieren extrahieren kalte Raffination pflanzliche Fette warme Raffination pressen Kaltpressung

39 Demo 3: Extraktion nach Soxhlet
Einführung Eigenschaften Verseifung Raffination Untersuchung Biodiesel Demo 3: Extraktion nach Soxhlet Rückfluss-Kühler Extraktionshülse mit gemahlenen Mandeln Soxhlet-Aufsatz Lösungsmittel Rundkolben mit n-Heptan Thermofühler Lösungsmittel mit Fett Ölbad Magnetrührer

40 Demo 3: Extraktion nach Soxhlet
Einführung Eigenschaften Verseifung Raffination Untersuchung Biodiesel Demo 3: Extraktion nach Soxhlet Blick von vorne auf Extraktionshülse extrahiertes Mandelöl Blick von oben auf Extraktionshülse

41 Raffination Entschleimung Entsäuerung Bleichung Filtration
Einführung Eigenschaften Verseifung Raffination Untersuchung Biodiesel Raffination Entschleimung Entsäuerung Bleichung Filtration Desodorierung Rohöllager Umesterung Analytik (Kontrolle) Fetthärtung raffiniertes Öl

42 V4: Aufbau und Durchführung
Einführung Eigenschaften Verseifung Raffination Untersuchung Biodiesel V4: Aufbau und Durchführung Bleichung Filtration

43 V4: Bleichung mit Aktivkohle
Einführung Eigenschaften Verseifung Raffination Untersuchung Biodiesel V4: Bleichung mit Aktivkohle Olivenöl mit Aktivkohle natives Olivenöl Filtration vor Bleichung nach Bleichung Filtrat

44 V4: Bleichung mit Aktivkohle
Einführung Eigenschaften Verseifung Raffination Untersuchung Biodiesel V4: Bleichung mit Aktivkohle Auswertung Bleichung: Teil des Raffinationsprozesses Aktivkohle: kleinste Graphit-Kristalle innere Oberfläche ~ 1500 m2/ g  4 g ≙ Oberfläche eines Fußballfeldes Absorption von unerwünschten Fettbegleitstoffen

45 Demo 4: Margarineherstellung
Einführung Eigenschaften Verseifung Raffination Untersuchung Biodiesel Demo 4: Margarineherstellung

46 Demo 4: Aufbau und Durchführung
Einführung Eigenschaften Verseifung Raffination Untersuchung Biodiesel Demo 4: Aufbau und Durchführung Margarineherstellung

47 Demo 4: Margarineherstellung
Einführung Eigenschaften Verseifung Raffination Untersuchung Biodiesel Demo 4: Margarineherstellung Öl, Fett und Milch nach dem Rühren Margarine im Eisbad Öl und Milch Zugabe von Ei nach 1 min nach 2 min

48 Begleitversuch: Wasser und Öl
Einführung Eigenschaften Verseifung Raffination Untersuchung Biodiesel Begleitversuch: Wasser und Öl 1 2 3 4 5 5 nach 10 sec in Ruhe einmal schütteln + Seife + Eigelb

49 Wirkung von Eigelb Lecithin Phospholipid
Einführung Eigenschaften Verseifung Raffination Untersuchung Biodiesel Wirkung von Eigelb Lecithin Phospholipid Emulgator = natürliches Tensid Biomembranen Eigelb

50 Untersuchung von Speisefett
Einführung Eigenschaften Verseifung Raffination Untersuchung Biodiesel Untersuchung von Speisefett Lebensmittel Zusammensetzung Fettgehalt Extraktion aus Lebensmitteln m(I2) an Doppelbindungen Verseifungszahl m(KOH) zur Neutralisation und Verseifung Esterzahl m(KOH) zur Verseifung Iodzahl Qualität Säurezahl m(KOH) zur Neutralisation

51 Ausblick Herstellung von Biodiesel auf Basis von Rapsöl
Einführung Eigenschaften Verseifung Raffination Untersuchung Biodiesel Ausblick Herstellung von Biodiesel auf Basis von Rapsöl

52 V5: Aufbau und Durchführung
Einführung Eigenschaften Verseifung Raffination Untersuchung Biodiesel V5: Aufbau und Durchführung Einfüllen Wasserbad

53 V5: Herstellung von Biodiesel
Einführung Eigenschaften Verseifung Raffination Untersuchung Biodiesel V5: Herstellung von Biodiesel Erzeugung von Ethanolat Umesterung

54 V5: Herstellung von Biodiesel
Einführung Eigenschaften Verseifung Raffination Untersuchung Biodiesel V5: Herstellung von Biodiesel Beobachtungen Rapsöl & Ethanolat im Wasserbad nach dem Wasserbad

55 V5: Herstellung von Biodiesel
Einführung Eigenschaften Verseifung Raffination Untersuchung Biodiesel V5: Herstellung von Biodiesel Vergleich Rapsölethylester (REE) Rapsölmethylester (RME) Rapsöl REE RME Diesel  wie „grün“ ist Biodiesel wirklich?

56 Anwendung und Vertiefung von Grundkenntnissen
00 Einführung Eigenschaften Verseifung Raffination Untersuchung Biodiesel Fette in der Schule langweilig oder spannender als ihr Ruf? eine Einführung in die Naturstoffe vielfältig und allgegenwärtig Biodiesel Seife Margarine Anwendung und Vertiefung von Grundkenntnissen Ester (Carbonsäuren, Alkohole) - Eigenschaften - Flammenwerfer - Bromierung  Förderung chemischen Verständnisses mit Bezug auf Alltägliches

57 Quellenverzeichnis Vgl. Hessisches Kultusministerium: Lehrplan Chemie. Vgl. Bruice, P.Y.: Organische Chemie. 5. Auflage. Pearson. München S. 1074ff. Vgl. Adam, K.: Fette und Öle in der Ernährung. Vgl. Dr. Reiß, P.: Lipide. Fachwissenschaftliches Seminar zum Praktikum zur Organischen Chemie für Studierende des Lehramts am und Vgl. Pfeifer, P.: Fette und fette Öle. Aufarbeitung des Themas für den Chemieunterricht. In: NiU-C. Heft-Nr. 113/ S. 2 – 45. Vgl. Haupt, P.: Vom Rohfett zum Reinfett – Fettraffinationen in Modellversuchen. In: NiU-C. Heft-Nr. 49/ S.28 – 32. Vgl. Andre, C.: Chemie? – Aber sicher! Experimente kennen und können. 2. Auflage. Hrsg.: Akademie für Lehrerfortbildung und Personalführung. Dillingen Versuch Vgl. Seilnacht, T.: Das Phänomen der Grenzflächenspannung.

58 Quellenverzeichnis Vgl. Heimann, R.; Greiwe, R.: Extraktion von Kokosnussfett. In: PdN-ChiS. Heft-Nr. 7/ S. 34 – 38. Vgl. Harsch, G., Niepel, S., Musli, S.: Experimentelle Vergleiche. In: PdN-ChiS. Heft-Nr. 2/ S. 23. Vgl. Weber, N., Mukherjee, K. D., Warwel, S.: Fette in der Ernährung. In: PdN-ChiS. Heft-Nr. 6/ S. 2 – 7. Vgl. Dorgerloh, R., Mai, A., Suhrweier, U.: Bestimmung des Acroleingehaltes in Fetten und Ölen. In: PdN-ChiS. Heft-Nr. 6/ S. 9 – 12. Vgl. Hinze, Th.: Fette und Öle – im Chemieunterricht der Sekundarstufe I. In: PdN-ChiS. Heft-Nr. 6/ S. 13 – 16. Vgl. Hauschild, G.: Gedanken zu Arbeitsblättern zum Thema „Fette und Öle“. In: PdN-ChiS. Heft-Nr. 6/ S Vgl. Dittmer, M.: Fette und Öle in unserem Leben. In: PdN-ChiS. Heft-Nr. 6/ S. 12 – 15, S. 19.

59 Bilderverzeichnis Zugriff: Juni 2013
Bienenwachs: Butter und Öl: Beta-Carotin: Eigelb: Bilayer: Suppe: Fettexplosion: Wasserläufer und Wasserglas: Biodiesel: Rapsfeld:

60 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit